هل يمكن للذكاء الاصطناعي التنبؤ بالسرطان؟ نموذج جديد مدعوم بعلم الجينوم يحاكي سلوك الورم
يُغير نموذج التنبؤ بالسرطان بالذكاء الاصطناعي المتطور طريقة فهم العلماء لنمو الورم. من خلال الاستفادة من بيانات الجينوم المتقدمة، يحاكي النموذج كيفية تطور الأورام واستجابتها للعلاج، مما يقدم أملاً جديداً للرعاية الشخصية لمرضى السرطان.
نُشرت الدراسة في 25 يوليو في مجلة Cell، وقادها باحثون من معهد علوم الجينوم (IGS) في كلية الطب بجامعة ماريلاند (UMSOM). وتمثل تعاوناً استمر لسنوات بين مطوري البرمجيات والعلماء المخبريين والباحثين السريريين، بهدف بناء أدوات يمكن أن تساعد في النهاية على تخصيص علاج السرطان من خلال نماذج رقمية خاصة بالمريض أو ”توائم رقمية“.
””لقد منحنا علم الجينوم رؤى مفصلة بشكل لا يصدق للنظم البيئية الخلوية، لكنها لا تزال مجرد لقطة،”“ قالت الدكتورة جانيت جونسون، زميلة ما بعد الدكتوراه في IGS والمؤلفة المشاركة الأولى. ””نحن نفتقد الجانب الديناميكي لكيفية تطور هذه الأنظمة وتفاعلها بمرور الوقت لدفع أمراض مثل السرطان”“.
لسد هذه الفجوة، قدم فريق البحث لغة نمذجة جديدة تسمى ””قواعد الفرضية”“ – بنية بسيطة تشبه اللغة الإنجليزية لوصف سلوكيات الخلايا في بيئات الأنسجة. طورها الدكتور بول ماكلين وفريقه في جامعة إنديانا، وتجعل القواعد من السهل على العلماء من مختلف التخصصات محاكاة الأنظمة البيولوجية المعقدة دون الحاجة إلى ترجمة كل شيء إلى رموز برمجية كثيفة.
””تعمل هذه القواعد كمترجم بين البيولوجيا والحوسبة،”“ أوضح الدكتور دانيال بيرغمان، عالم في IGS ومؤلف مشارك رئيسي. ””كما أنها تعزز التعاون من خلال جعل عملية النمذجة أكثر سهولة عبر المجالات المختلفة”“.
جمع فريق IGS هذه القواعد مع أدوات جينومية متطورة، مثل النسخ المكاني، لدراسة سرطان الثدي والبنكرياس. في سرطان الثدي، حاكى نموذجهم كيف يمكن للاستجابة المناعية المضعفة أن تعزز انتشار الورم. وفي سرطان البنكرياس، اختبروا إطار المحاكاة الخاص بهم مقابل بيانات التجارب السريرية الواقعية التي تتضمن العلاج المناعي.
ما وجدوه كان مذهلاً: حتى قبل العلاج، أظهر ””المرضى”“ المحاكون استجابات متنوعة، مما يعكس كيف تؤثر البيئة الخلوية المحيطة على نتائج العلاج. على سبيل المثال، غالباً ما تكون أورام البنكرياس مدمجة في أنسجة كثيفة مليئة بالخلايا الليفية، والتي أظهر النموذج أنها تلعب دوراً رئيسياً في مساعدة الأورام على النمو وغزو الأنسجة المجاورة.
””تتبع الخلايا المناعية أنماط سلوكية معينة يمكننا الآن برمجتها في هذه النماذج،”“ قالت الدكتورة جونسون. ””يسمح لنا ذلك باختبار فرضياتنا افتراضياً، باستخدام بيانات المرضى الحقيقية، دون تعريض الناس للخطر”“.
قارنت الدكتورة إيلانا فيرتيغ، مديرة IGS والمؤلفة الرئيسية للدراسة، هذا الجهد بعملها السابق في التنبؤ بالطقس. ””نحاول استخدام منطق التنبؤ نفسه لفهم البيولوجيا. لا يزال هناك الكثير مما لا نعرفه عن القواعد التي تتبعها الخلايا، لكن هذه النماذج تمنحنا بيئة متحكم بها لاستكشافها”“.
تضمن المشروع، الذي وُصف بأنه ””نسيج من العلوم الجماعية”“، تعاونات مع جامعة جونز هوبكنز وجامعة أوريغون للعلوم الصحية. جاء التمويل من المؤسسة الوطنية لأبحاث السرطان، والمعهد الوطني للسرطان (NCI) والعديد من المؤسسات الأخرى.
والأهم من ذلك، أن قواعد النمذجة التي تم تطويرها لهذا البحث مفتوحة المصدر، مما يعني أن العلماء في جميع أنحاء العالم يمكنهم تكييفها لعملهم الخاص. لإثبات تنوعها، استخدمها الباحثون حتى لمحاكاة تطور الدماغ، ونمذجة كيفية تشكل الطبقات في القشرة المخية النامية.
””هذا يمهد الطريق لعصر جديد في البحث الطبي الحيوي”“ قال الدكتور مارك غلادوين، عميد UMSOM. ””مع التوائم الرقمية والتجارب الافتراضية في الأفق، نتجه نحو حلول رعاية صحية أكثر دقة وقائمة على البيانات”“.
يخطط الفريق لمواصلة تحسين نماذجهم وتوسيع استخدامها عبر أنواع أخرى من السرطان والأمراض، مع التركيز على التطبيق السريري والتكامل مع منصات تحليل الجينوم الحالية.
